Проектирование объектов экологической реабилитации

Среди объектов экологической реабилитации рассмотрим перера­ботку твердых бытовых отходов (полигоны ТБО), обезвреживание и захоронение токсичных промышленных отходов (полигоны промыш­ленных отходов).

Методы и технологии экологической реабилитации. Государствен­ная экологическая политика РФ в области технологий переработки отходов состоит в том, чтобы не допустить превращения России в большой полигон по переработке отходов других стран. Большинство проектов новых технологий, разработанных за рубежом, предлагают­ся для внедрения в РФ при условии переработки отходов, поставляе­мых из этих стран. Чтобы не допустить проникновения в Россию грязных технологий, существует механизм экологической экспертизы техни­ки и технологий. Этой экспертизой был отклонен проект строитель­ства на Дальнем Востоке мусороперерабатывающих заводов, так как предполагалось, что на этих заводах (75% мощности) будет перераба­тываться мусор из Калифорнии.

Переработка твердых бытовых отходов (ТБО). Во всем мире вслед­ствие роста населения, повышения уровня жизни и увеличения потреб­ления товаров отмечается резкое возрастание количества твердых быто­вых отходов. В разных странах количество ТБО, приходящихся на душу населения, составляет от 150 до 1000 кг в год. В России, по последним данным, состав ТБО представлен органическими веществами — 38% (33% пищевых отходов), бумагой — 23—30%, металлами, пластмассой текстилем, деревом, резиной, кожей, которые составляют от 2 до 7%, стекло составляет от 5 до 8%. Состав ТБО в разных регионах РФ различен и зависит от социальных и физико-географических условий. В Москве ежегодно образуется 2,5 млн т отходов, на одного человека приходится 1 м3³ отходов, или 200 кг по массе.

В Московской области в год на полигоны сбрасывают 8 млн т отходов, из них 4 млн — ТБО, 0,5 млн — строительные, 2 млн — промышленные, остальные — иловые осадки или загрязненный грунт. В области 58 санкционированных полигонов (самый крупный — Тимохово занимает 118,8 га и рассчитан на 26 млн 915 тыс. т отходов). В современной практике переработки ТБО используют методы их скла­дирования (захоронения), переработки, утилизации и сжигания.

Складирование ТБО. В мировой практике до настоящего времени подавляющее количество ТБО все еще продолжают вывозить на свал­ки (полигоны): в СССР на свалки вывозили 97% образующихся ТБО, в США - 73%, в Великобритании - 90%, в ФРГ - 70%, в Швейца­рии — 25%, в Японии — около 30%. Экологические последствия скла­дирования ТБО на свалках: большая потребность в земле, сложность организации новых свалок в связи с отсутствием свободных земель­ных участков, загрязнение окружающей среды, потенциальная опас­ность распространения инфекций, повышенная пожароопасность, потеря ценных компонентов.

Полигонные свалки (санитарные свалки) должны оборудоваться по специальным технологиям. Дно свалки планируется с небольшим укло­ном, выстилается прочной полиэтиленовой пленкой. Отходы уплотня­ются и засыпаются слоем песка или глины, затем уплотняются, сверху накладывается новый слой пленки и т.д. Свалки имеют сток в сборник жидкостей, фильтрующихся из отходов и грунта, которые по мере на­полнения вывозятся на переработку. После заполнения последних слоев проводится планировка рельефа и другие рекультивационные работы, через несколько лет на месте санитарных свалок можно играть в гольф.

Существует несколько методов промышленной переработки ТБО:

• термическая обработка (в основном сжигание);

• биотермическое аэробное компостирование (с получением удобрения или биотоплива);

• анаэробная ферментация (с получением биогаза);

• сортировка (с извлечением тех или иных ценных компонентов для последующего вторичного использования).

Сжигание (часто с утилизацией тепла) — в настоящее время тех­нически наиболее отработанный и распространенный метод промыш­ленной обработки ТБО перед их удалением на свалки (в США мусоросжигание рассматривают как один из основных способов продле­ния срока службы свалок). В европейских странах сжиганием перерабатывают 20-25% объема городских отходов, в США — около 15%, в Японии — около 65%. Судя по зарубежным данным, техноло­гия прямого сжигания ТБО представляет экологическую опасность вследствие токсичных выбросов (тяжелые металлы, дибензодиоксины, дибензофураны и др.) и является самой дорогостоящей среди альтернативных технологий переработки ТБО.

Схема комплексной переработки твердых бытовых отходов

Биотермическое аэробное компостирование ТБО в мировой прак­тике большого распространения не получило (в Европе с получением компоста перерабатывают около 2% ТБО, в Японии и США — до 2%). Полученный из ТБО компост улучшает почвенную структуру, влагосодержание, уменьшает эрозию, однако всегда засорен мелким стек­лом, камнями, металлами, пластмассой, текстильными отходами и сильно загрязняет почву.

Промышленную технологию оптимально строить по принципу комбинирования методов переработки ТБО (рис.). В основе техно­логии должна быть сортировка (в том числе на основе селективного отбора). При этом повышается не только доля рецикла ряда компо­нентов ТБО как прибавки к сырьевому балансу страны, но и во мно­гом решается вопрос удаления опасных бытовых отходов и балласт­ных компонентов. Предварительная сортировка улучшает и ускоряет процесс компостирования органических веществ ТБО, облегчает очи­стку компоста от примесей, снижает потребную производительность мусоросжигательного оборудования, улучшает состав отходящих га­зов, существенно повышает уплотняемость свалок неутилизируемых отходов и, как следствие, уменьшает их объем и количество проника­ющих в почву фильтрационных вод. В США с 1991 г. действует закон о запрещении поставки ТБО без предварительной сортировки на свал­ки и мусоросжигательные заводы.

Технологии комплексной переработки ТБО предусматривают из­влечение тех или иных ценных компонентов и их использование в качестве вторичного сырья, удаление балластных компонентов с тер­мической переработкой (сжигание, пиролиз) лишь неутилизируемой и представляющей значительные трудности для отбора части ТБО. Вторично используются черные и цветные металлы (металлургичес­кое производство), легкая фракция (энергетическое использование), органическая фракция (получение компоста и биогаза), шлаки сжи­гания (производство материалов для малоэтажного строительства). Ком­плексная переработка ТБО наиболее соответствует современным эко­логическим и ресурсным требованиям, обеспечивает извлечение цен­ных компонентов для вторичного использования и получение новой товарной продукции (компост повышенного качества и топливные брикеты). Выход отходов переработки не превышает 10-15% (по массе).

Технологическая схема переработки ТБО в общем виде должна представлять комбинацию процессов селективного отбора (обязатель­но — отработанные люминесцентные лампы, возможно — батарейки и стеклобой), механизированной сортировки (извлечение металлов, выделение текстильной и крупногабаритной фракции, частичное уда­ление стеклобоя и батареек), термической обработки отходов обога­щения с утилизацией продуктов сжигания (шлаков и тепла отходя­щих газов). При этом все вопросы селективного отбора и переработки собранного вторичного сырья должны решаться на стадии проекти­рования. По-видимому, получать компост из органической фракции ТБО применительно к регионам Севера и Сибири нецелесообразно. Более рационально биотермическое компостирование использовать в южных и средних регионах России.

Переработка промышленных отходов

При переработке промышленных отходов применяют термичес­кие, физико-химические технологии и биотехнологии. При выборе тех­нологии переработки отходов помимо технологических параметров оце­нивается ее экологичность и экологическая безопасность, а также эко­номическая эффективность, выраженная в себестоимости переработки одной тонны (долл./т). В настоящее время стоимость переработки од­ной тонны промотходов составляет 0,2—10 тыс. долл.

Термические технологии позволяют обезвреживать любые органи­ческие и неорганические соединения. При высоких температурах в окислительном или восстановительном режиме продукты термораз­ложения подвергаются химическим взаимодействиям с образованием нетоксичных газообразных, жидких и твердых продуктов. Токсичные вещества первого и второго классов опасности, включая отравляю­щие вещества, диоксиды, пестициды, могут быть обезврежены толь­ко плазменным методом.

При плазмохимическом методе высокие температуры (выше 3000 °К), регулируемые параметры давления и состава плазмообразующих газов позволяют перерабатывать отходы на 99,999%. Особенно эффективен метод для обезвреживания трудногорючих и негорючих соединений, а также органических, хлор-фтор-фосфор-серооргани-ческих. Плазменная технология энергоемка, для разложения 1 кг ве­щества необходимо 0,5—3 КВт/ч энергии, но по сравнению с техно­логией сжигания отходов в смеси с топочными газами и воздухом экологически безопаснее, так как процесс строго регулируется по давлению, температуре и составу газа.

Термические технологии дают твердые отходы и позволяют исполь­зовать вторичное тепло. Из термических технологий в России широко применяется огневое окислительное обезвреживание, которое пред­ставляет определенную экологическую опасность, так как не разра­ботаны системы очистки отходящих газов. Более перспективен метод безокислительного пиролиза, среди преимуществ метода — получе­ние технологического газа, а в ряде случаев минерального продук­та — сорбента, экологическая чистота и безопасность процесса, зна­чительно меньшее количество твердого остатка, снижение в 3—4 раза объема очищенного газа, использование полученного газа для техно­логических и бытовых целей. Использование мощного СВЧ нагрева для этой технологии снизит ее энергопотребление, и в будущем воз­можно наряду с плазменной технологией ее использование в пере­движных комплексах по переработке токсичных отходов.

Физико-химические технологии предназначены для использования отходов как сырья при получении полезного продукта. Физико-хими­ческими методами из отходов извлекаются полезные компоненты, а также промышленные отходы перерабатываются в удобрения, строи­тельные материалы и т.д. Это в основном технологии утилизации от­ходов и комплексного использования сырья.

Биотехнологии используют микроорганизмы для извлечения полез­ных компонентов промышленных отходов. Биотехнологическое извле­чение тяжелых металлов основано на том, что некоторые бактерии (Thoobacilius ferroxydans) выщелачивают медь, цинк, железо и другие металлы, окисляя их серной кислотой, которая образуется этими бак­териями из сульфидов металлов. Микроорганизмы могут извлекать медь и кадмий. Например, из растворов грибами можно извлекать свинец, цинк, никель, кобальт, серебро, ртуть. Разработана биотехнология ути­лизации сырой нефти. Разработаны методы очистки поверхности морей при разливах нефти методом внесения бактерий с кормовыми веще­ствами. Бактерии Nocardia Sp. Rhodococeus zhodochrous используются для очистки сточных вод и почв от нефти, при реализации этой технологии осуществляется периодический полив земель водой до полной утилиза­ции нефти бактериями. В целом биотехнологии являются наиболее экологичными технологиями переработки промышленных отходов.

Лицензирование отходной деятельности

Вся деятельность, связанная с размещением, складированием, захоронением и уничтожением отходов, лицензируется.

Экологическое обоснование лицензий должно содержать (Согласно инструкции по обоснованию хозяйственной и иной деятельности Минприроды РФ, 1995):

• информацию о предприятии: месторазмещение, занимаемая площадь, технологические схемы (способы складирования, раз­мещения, захоронения, утилизации), отходы технологического оборудования, его производственные мощности, мощности очистных сооружений, степень их загрузки, наличие проекта предприятия, утвержденного в установленном порядке;

• сведения об отходах: перечень принимаемых отходов, их ко­личество (объем), ежегодное поступление, физико-химичес­кое состояние, токсичность, опасность;

• обоснование нормативов образования отходов (в соответствии с технологией производства);

• краткую характеристику состояния природной среды в районе размещения предприятия;

• разрешения на выброс загрязняющих веществ в атмосферу. водопользование и сброс сточных вод;

• экологические ограничения по складированию (размещению, захоронению) отходов, исходя из экологического состояния территории и опасности ее загрязнения;

• сведения о фактических сбросах, выбросах и отходах;

• мероприятия по соблюдению экологических ограничений, нормы и правила;

• сведения о действиях в условиях чрезвычайной ситуации; пред­ложения лицензиата по снижению токсичности отходов.